KR102421551B1

KR102421551B1 - 모터 구동 장치 및 그 제어 방법

Info

Publication number: KR102421551B1
Application number: KR1020140193060A
Authority: KR
Inventors: 신종현; 김진웅; 서한솔; 하정익
Original assignee: 삼성전자주식회사; 서울대학교산학협력단
Priority date: 2014-12-30
Filing date: 2014-12-30
Publication date: 2022-07-20
Also published as: CN105763123B; US9853583B2; ES2730674T3; KR20160080595A; EP3043466B1; CN105763123A; US20160190964A1; EP3043466A1

Abstract

모터 구동 장치 및 그 제어 방법에 대한 것으로 모터 구동 장치는 영구 자석을 포함하는 로터와, 스테이터를 포함하는 모터, 모터에 구동 전원을 공급하는 인버터 및 로터의 회전 속도가 미리 설정된 기동 속도 미만인 경우 기동 추정을 통해 파라미터를 추정하고, 로터의 회전 속도가 미리 설정된 기동 속도 이상이고 로터의 토크가 미리 설정된 구동 토크 이하인 경우에는 데드 타임을 보상하면서 구동 추정을 통해 파라미터를 추정하고, 로터의 회전 속도가 미리 설정된 기동 속도 이상이고 로터의 회전 속도가 미리 설정된 구동 토크를 초과하는 경우에는 데드 타임 보상 없이 구동 추정을 통해 파라미터를 추정하는 제어부를 포함할 수 있다.

Description

모터 구동 장치 및 그 제어 방법{MOTOR DRIVING APPARATUS AND CONTROLLING METHOD THEREOF}

제어를 위한 파라미터를 추정하는 모터 구동 장치 및 모터 구동 장치의 제어 방법에 대한 것이다.

모터는 전기에너지로부터 회전력을 얻는 기계로서, 스테이터와 로터를 포함할 수 있다. 로터는 스테이터와 전자기적으로 상호 작용하도록 구성되고, 자기장과 코일에 흐르는 전류 사이에서 작용하는 힘에 의해 회전할 수 있다.

모터는 인버터를 통해 생성된 구동 전원이 공급되어 운전을 한다. 또한, 구동 전원 생성을 위해서는 속도 제어기에서 전류 지령을 생성하고, 전류 제어기에서 전압 지령을 생성하여, 인버터가 생성된 지령을 전달받아야 한다. 또한, 속도 제어기 및 전류 제어기는 PID(Proportional Integral Derivative) 제어기로 구성되는데, 이러한 PID 제어기의 이득은 파라미터에 의해 결정된다. 따라서, 모터의 구동 전원을 공급하기 위해서 파라미터를 결정하는 것이 선행되어야 한다. 그러나, 파라미터 중에는 고정된 상수가 있을 수 있으나, 각각의 상황에 따라 가변적인 변수가 있을 수 있다. 예를 들어, 가변적인 파라미터로는 상저항, 역기전력 상수, d축 인덕턴스 및 q축 인덕턴스일 수 있다.

인덕터의 비선형성을 반영하여 파라미터를 추정하는 모터 구동 장치 및 그 제어 방법을 제공한다.

모터 구동 장치의 일 실시예는 영구 자석을 포함하는 로터와, 스테이터를 포함하는 모터, 모터에 구동 전원을 공급하는 인버터 및 미리 정해진 시간 동안 d축 시험 전류 및 q축 시험 전류를 공급하여 파라미터를 추정하고, 계단형의 합성 구형파를 구동 전류로 공급하여 구동 전류의 극성에 기초하여 데드 타임을 보상하는 제어부를 포함할 수 있다.

또한, 일 실시예에 따라서 제어부는 톱니파 형태의 지령 전류를 통해 구동 전류가 계단형의 합성 구형파가 되도록 상기 인버터를 제어할 수도 있고, 로터의 위치에 기초하여 톱니파 형태의 지령 전류를 생성할 수 있다.

또한, 일 실시예에 따라서 제어부는 d축 시험 전류 및 q축 시험 전류가 공급되는 시간이 겹치지 않도록 상기 인버터를 제어할 수 있다.

또한, 일 실시예에 따라서 제어부에서 추정하는 파라미터는 상저항, 역기전력 상수, d축 인덕턴스 및 q축 인덕턴스일 수 있다.

또한, 일 실시예에 따라서 제어부는 로터의 토크가 미리 설정된 구동 토크 이상인 경우 상기 구동 전류가 계단형의 합성 구형파가 되도록 인버터를 제어하지 않을 수 있다.

또한, 일 실시예에 따라서 제어부는 로터가 정지하고 있는 경우 기동 추정을 통해 파라미터를 추정할 수 있다.

모터 구동 장치의 다른 실시예는 영구 자석을 포함하는 로터와, 스테이터를 포함하는 모터, 모터에 구동 전원을 공급하는 인버터 및 로터의 회전 속도가 미리 설정된 기동 속도 미만인 경우 기동 추정을 통해 파라미터를 추정하고, 로터의 회전 속도가 미리 설정된 기동 속도 이상이고 로터의 토크가 미리 설정된 구동 토크 이하인 경우에는 데드 타임을 보상하면서 구동 추정을 통해 파라미터를 추정하고, 로터의 회전 속도가 미리 설정된 기동 속도 이상이고 로터의 토크가 미리 설정된 구동 토크를 초과하는 경우에는 데드 타임 보상 없이 구동 추정을 통해 파라미터를 추정하는 제어부를 포함할 수 있다.

또한, 다른 실시예에 따라서 제어부의 기동 추정은 제어부가 d축 고주파 시험 전압 및 q축 고주파 시험 전압을 공급하도록 인버터를 제어하여 d축 인덕턴스, q축 인덕턴스 및 예비 상저항을 추정할 수도 있고, 제어부의 기동 추정은 제어부가 제 1 d축 직류 시험 전류 및 제 2 d축 직류 시험 전류를 공급하도록 인버터를 제어하여 상저항을 추정할 수도 있다.

또한, 다른 실시예에 따라서 제어부의 기동 추정은 제어부가 q축 전류만을 공급하도록 인버터를 제어하여 로터의 회전 속도가 미리 설정된 기동 속도 미만으로 제어하고, 정지 좌표계의 d축 자속 및 q축 자속을 산출하여 역기전력 상수를 추정할 수 있다.

또한, 다른 실시예에 따라서 제어부의 구동 추정은 제어부가 미리 정해진 시간 동안 d축 시험 전류 및 q축 시험 전류를 공급하도록 인버터를 제어하여 상저항, 역기전력 상수, d축 인덕턴스 및 q축 인덕턴스를 추정할 수 있다.

또한, 다른 실시예에 따라서 제어부의 데드 타임 보상은 제어부가 구동 전류가 계단형의 합성 구형파가 되도록 인버터를 제어하고, 구동 전류의 극성에 기초하여 상기 데드 타임을 보상할 수 있다.

모터 구동 장치의 제어 방법의 일 실시예는 미리 정해진 시간 동안 d축 시험 전류 및 q축 시험 전류를 공급하는 단계, d축 시험 전류 및 q축 시험 전류가 공급된 시간 및 공급되지 않은 시간의 d축 전류 및 q축 전류에 기초하여 파라미터를 추정하는 단계, 계단형의 합성 구형파를 구동 전류로 공급하는 단계 및 구동 전류의 극성에 기초하여 데드 타임을 보상하는 단계를 포함할 수 있다.

모터 구동 장치의 제어 방법의 다른 실시예는 로터의 회전 속도가 미리 설정된 기동 속도 미만인 경우 기동 추정을 통해 파라미터를 추정하는 단계, 로터의 회전 속도가 미리 설정된 기동 속도 이상이고 로터의 토크가 미리 설정된 구동 토크 이하인 경우에는 데드 타임을 보상하면서 구동 추정을 통해 파라미터를 추정하는 단계 및 로터의 회전 속도가 미리 설정된 기동 속도 이상이고 로터의 토크가 미리 설정된 구동 토크를 초과하는 경우에는 데드 타임 보상 없이 구동 추정을 통해 파라미터를 추정하는 단계를 포함할 수 있다.

상술한 모터 구동 장치 및 그 제어 방법에 의하면, 인버터의 비선형성에 의한 지령 전압 대비 구동 전압의 오차를 줄여 파라미터 추정의 정확성을 향상시킬 수 있다.

도 1은 일 실시예에 따른 모터 구동 장치의 블록도이다.
도 2는 일 실시예에 따른 모터의 축방향 단면도이다.
도 3은 일 실시예에 따른 모터의 횡방향 단면도이다.
도 4는 일 실시예에 따른 로터의 횡방향 단면도이다.
도 5는 일 실시예에 따른 로터 코어의 횡방향 단면도이다.
도 6은 일 실시예에 따른 로터의 사시도이다.
도 7 내지 도 9는 일 실시예에 따른 모터 구동 장치의 구동부, 감지부, 저장부 및 제어부에 대한 블록도이다.
도 10은 모터의 회전 속도 및 토크에 따른 파라미터 추정 방법의 일례를 도시한 그래프이다.
도 11는 일 실시예에 따른 인버터의 지령 전압과 구동 전압 사이의 오차 및 구동 전류를 나타낸 그래프이다.
도 12 a 내지 도 12d는 일 실시예에 따라 데드 타임 보상시의 지령 전류 및 구동 전류를 나타낸 그래프이다.
도 13은 일 실시예에 따른 구동 추정시 공급되는 시험 전류의 그래프이다.
도 14는 일 실시예에 따라 추정된 상저항과 실재 상저항에 대한 그래프이다.
도 15는 일 실시예에 따라 추정된 역기전력 상수와 실재 역기전력 상수에 대한 그래프이다.
도 16은 일 실시예에 따라 추정된 d축 인덕턴스와 실재 d축 인덕턴스에 대한 그래프이다.
도 17은 일 실시예에 따라 추정된 q축 인덕턴스와 실재 q축 인덕턴스에 대한 그래프이다.
도 18은 일 실시예에 따라 모터 구동 장치에서 파라미터를 추정하는 방법의 플로우 차트이다.
도 19 내지 도 22는 다른 실시예에 따라 모터 구동 장치에서 파라미터를 추정하는 방법의 플로우 차트이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 기술되는 실시예를 통하여 발명을 당업자가 용이하게 이해하고 재현할 수 있도록 상세히 기술하기로 한다. 다만, 발명을 설명함에 있어 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 발명 실시예들의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략할 것이다.

이하에서 사용되는 용어들은 실시예에서의 기능을 고려하여 선택된 용어들로서, 그 용어의 의미는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 그러므로, 후술하는 실시예들에서 사용된 용어의 의미는, 이하에서 구체적으로 정의된 경우에는 그 정의에 따르며, 구체적인 정의가 없는 경우는 통상의 기술자들이 일반적으로 인식하는 의미로 해석되어야 할 것이다.

아울러, 이하에서 선택적으로 기재된 양상이나 선택적으로 기재된 실시예의 구성들은 비록 도면에서 단일의 통합된 구성으로 도시되었다 하더라도 달리 기재가 없는 한, 통상의 기술자에게 기술적으로 모순인 것이 명백하지 않다면 상호간에 자유롭게 조합될 수 있는 것으로 이해하여야 한다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 모터 구동 장치(1) 및 모터 구동 장치(1)의 제어방법의 일 실시예에 대해서 설명하도록 한다.

이하, 도 1을 참조하여 모터 구동 장치의 일 실시예에 대해서 설명하도록 한다.

도 1은 모터 구동 장치의 구성을 도시하고 있다.

모터 구동 장치(1)는 도 1와 같이 구동부(400), 전원부(500), 감지부(700), 제어부(800), 저장부(600), 입력부(560) 및 표시부(550)를 포함할 수 있다.

구동부(400)는 제어부(800)의 제어 신호를 수신 받아 모터(100)의 구동력을 발생시키기 위한 장치이다. 또한, 구동부(400)는 인버터(450) 및 모터(100)를 포함할 수 있다.

인버터(450)는 제어부(800)의 제어 신호에 기초하여 모터(100)에 변환된 전원을 공급하는 장치이다. 또한, 모터(100)는 인버터(450) 및 전원부(500)에서 제공하는 전원을 기계적인 에너지로 변환하여 회전력을 발생시키는 장치로서, 로터(200) 및 스테이터(300)를 포함할 수 있다.

인버터(450)에 대한 자세한 설명은 이하의 도 7 내지 9에서, 모터(100)에 대한 자세한 설명은 이하의 도 2 내지 도 6에서 설명하도록 한다.

전원부(500)는 grid 전원(520) 및 DC link 전원(510)을 포함할 수 있다.

grid 전원(520)은 DC link 전원(510) 등으로 교류 전원을 제공하는 전원 장치이다. grid 전원(520)은 외부에서 전원을 제공받아 DC link 전원(510)으로 전달하거나, 베터리와 같이 화학 에너지를 전기 에너지로 변환하여 DC link 전원(510)으로 전달할 수 있다.

DC link 전원(510)은 grid 전원(520)으로부터 제공받은 교류 전원을 직류 전원으로 변환하여 인버터(450) 구동에 필요한 전기 에너지를 제공한다.

감지부(700)는 로터(200)의 회전 변위를 감지하는 각도 감지부(710) 및 코일에 공급되는 구동 전류를 감지하는 전류 감지부(720) 및 인버터(450)에 전달되는 직류 전압을 감지하는 전압 감지부(730)를 포함할 수 있다.

각도 감지부(710)는 스테이터(300)의 일측에 구비되어, 로터(200)의 회전 변위를 감지할 수 있다.

구체적으로, 각도 감지부(710)는 N형 반도체가 사용되며, 홀 효과(Hall Effect)를 통해 자기장을 전압으로 표현할 수 있다. 따라서, 각도 감지부(710)는 로터(200)의 회전에 의한 자기장의 변화를 감지함으로써 로터의 회전 변위와 관련된 각도, 주파수, 구동 시간 등을 출력할 수 있다.

로터(200)의 회전 변위를 감지하기 위한 수단으로는 홀 센서(Hall Sensor)뿐만 아니라, 레졸버(Resolver), 포텐셔미터(Potentiometer), 절대위치 인코더(Absolute Encoder), 증분형 인코더(Incremental Encoder) 등의 각도 센서가 이용될 수도 있다.

구체적으로, 레졸버(Resolver)는 회전 변압기의 일종으로 모터(100) 축에 연결되어 로터(200)의 위치에 비례한 교류 전압을 출력하는 아날로그 방식의 각도 센서이고, 포텐셔미터(Potentiometer)는 각도에 따라 가변저항의 값을 달리하여 회전하는 각도에 정비례하는 전기적 입력을 산출하는 각도 센서이다. 그리고, 절대위치 인코더(Absolute Encoder)는 기준되는 위치를 설정하지 않고 광학 펄스파를 이용해 어느 정도의 회전으로 해당위치에 있는지 검출하는 각도 센서이고, 증분형 인코더(Incremental Encoder)는 기준되는 위치를 설정하여 측정된 각도의 증감을 통해 각도를 산출하는 것으로, 광학 펄스파를 이용해 어느 정도의 회전으로 해당위치에 있는지 검출하는 각도 센서이다.

이외에도 각도와 주파수를 측정하는 다양한 종류의 센서가 각도 감지부(710)의 일례로 이용될 수 있을 것이다.

또한, 각도 감지부(710)는 하나가 마련될 수도 있지만, 2개 또는 3개 이상이 마련될 수도 있다. 마련되는 각도 감지부(710)의 개수는 제작되는 모터 구동 장치(1)의 단가, 감지할 회전 변위의 오차 범위 등을 고려하여 결정될 수 있다.

또한, 각도 감지부(710)는 각도 감지부(710)가 감지한 로터(200)의 회전 각도, 주파수 및 구동 시간 등을 기초로 모터(100)의 회전 속도를 산출하여, 구동 제어부(820)에 제공할 수도 있다.

전류 감지부(720)는 모터(100)의 3개의 입력단자에 흐르는 구동 전류값을 검출할 수 있다. 이와 같은 전류 감지부(720)는 모터(100)의 입력단자에 직렬로 연결된 션트 저항(shunt resistor)의 전압 강하를 검출하거나, 모터(100)의 입력단자와 접지(GND) 사이에 모터(100)와 병렬로 연결된 전압 분배기의 출력을 검출하여 구동 전류값을 검출할 수 있다. 또한, 전류 감지부(720)는 인버터(450)의 출력 단자의 전류 신호에 포함되어 잇는 잡음 성분을 제거하기 위하여 저역 통과 필터(LPF) 및 잡음 성분이 제거된 아날로그 전류 신호를 디지털 신호로 변환하는 아날로그-디지털 컨버터(A/D)를 포함할 수 있다.

전압 감지부(730)는 인버터(450)의 입력 단자의 전원 신호인 직류 전압을 감지할 수 있다. 구체적으로, 전압 감지부(730)는 인버터(450)의 전원 단자의 전류 신호에 포함되어 있는 잡음 성분을 제거하기 위하여 저역 통과 필터(LPF) 및 잡음 성분이 제거된 아날로그 전압 신호를 디지털 신호로 변환하는 아날로그-디지털 컨버터(A/D)를 포함할 수 있다.

제어부(800)는 모터 구동 장치(1)의 동작을 전체적으로 제어하는 메인 제어부(810) 및 구동부(400)의 동작을 제어하는 구동 제어부(820)를 포함할 수 있다.

또한, 제어부(800)는 중앙 처리 장치로 기능하고, 중앙 처리 장치의 종류는 마이크로 프로세서일 수 있으며, 마이크로 프로세서는 적어도 하나의 실리콘 칩에 산술 논리 연산기, 레지스터, 프로그램 카운터, 명령 디코더나 제어 회로 등이 마련되어 있는 처리 장치이다.

또한, 마이크로 프로세서는 이미지 또는 비디오의 그래픽 처리를 위한 그래픽 프로세서(Graphic Processing Unit, GPU)를 포함할 수 있다. 마이크로 프로세서는 코어(core)와 GPU를 포함하는 SoC(System On Chip) 형태로 구현될 수 있다. 마이크로 프로세서는 싱글 코어, 듀얼 코어, 트리플 코어, 쿼드 코어 및 그 배수의 코어를 포함할 수 있다.

또한, 제어부(800)는 마이크로 프로세서와 전기적으로 연결되는 별개의 회로 기판에 GPU, RAM 또는 ROM을 포함하는 그래픽 프로세싱 보드(graphic processing board)를 포함할 수 있다.

제어부(800)에 대한 설명은 이하의 도 7 내지 도 9에서 구체적으로 설명하도록 한다.

저장부(600)는 감지부(700)에서 감지한 모터(100)의 회전 변위 및 인버터(450)에 전달되는 전압 지령에 대한 데이터, 제어부(800)의 제어 데이터, 입력부(560)의 입력 데이터, 통신부의 통신 데이터 등을 저장하는 장치이다.

또한, 저장부(600)는 파라미터 데이터(610)를 저장할 수 있다.

파라미터 데이터(610)는 속도 제어기(823) 및 전류 제어기(824)에서 전류 지령 및 전압 지령을 산출하는데 필요한 파라미터에 대한 정보이다.

파라미터 중 에는 고정된 상수의 형태가 있을 수도 있고, 각각의 상황에 따라 변하는 변수의 형태가 있을 수 있다. 따라서, 파라미터 데이터(610)는 이전 추정 파라미터(620) 및 고정 파라미터(630)를 포함할 수 있다.

이전 추정 파라미터(620)는 운전하고 있는 모터(100)의 현재 시점 이전에 추정된 파라미터의 집합이다. 이전 추정 파라미터(620)는 현재 파라미터의 추정을 위해 직전에 추정하였던 파라미터일 수도 있고, 그 이전에 추정하였던 데이터일 수 있다. 또한, 이전 추정 파라미터(620)는 이전에 추정하였던 상저항, 역기전력 상수, d축 인덕턴스 및 q축 인덕턴스일 수 있다.

고정 파라미터(630)는 모터 구동 장치(1)에서 변하지 않는 상수 또는 변화가 적은 파라미터의 집합이다. 구체적으로, 고정 파라미터(630)는 PID 제어기의 이득 산출을 위해 필요한 파라미터이지만 변화가 적거나 변화가 없는 상수로서 추정이 필요 없는 파라미터이다. 또한, 고정 파라미터(630)는 고정된 값인바, 모터 구동 장치(1)의 제조시점 등에 저장부(600)에 저장될 수 있다.

또한, 고정 파라미터(630)는 모터 관성, 모터 극수 및 기동시 파라미터를 포함할 수 있다. 즉, 모터 관성 및 모터 극수는 모터(100)의 운전으로 인해 변화하지 않는 상수이고, 기동시 파라미터는 모터(100)의 기동이 항상 동일한 방법으로 기동된다고 가정하면 기동시 필요한 파라미터는 변화가 적기 때문이다.

저장부(600)는 롬(ROM), 고속 랜덤 액세스 저장부(600)(RAM), 자기 디스크 저장 장치, 플래시 저장부(600) 장치와 같은 불휘발성 저장부(600) 또는 다른 불휘발성 반도체 저장부(600) 장치를 포함할 수 있다.

예를 들어, 저장부(600)는 반도체 메모리 장치로서 SD(Secure Digital) 메모리 카드, SDHC(Secure Digital High Capacity) 메모리 카드, mini SD 메모리 카드, mini SDHC 메모리 카드, TF(Trans Flach) 메모리 카드, micro SD 메모리 카드, micro SDHC 메모리 카드, 메모리 스틱, CF(Compact Flach), MMC(Multi-Media Card), MMC micro, XD(eXtreme Digital) 카드 등이 이용될 수 있다.

또한, 저장부(600)는 네트워크를 통하여 액세스되는 네트워크 부착형(attached) 저장 장치를 포함할 수도 있다.

입력부(560)는 모터 구동 장치(1)의 동작을 선택하기 위한 다수의 조작 버튼의 조합이다. 입력부(560)는 조작 버튼을 푸시 버튼 형태로 누르는 형태일 수도 있고, 슬라이드 스위치와 같이 사용자가 원하는 모터 구동 장치(1)의 동작을 조작할 수도 있으며, 터치 형식으로 사용자가 원하는 동작을 입력할 수도 있다. 이외에도 사용자가 원하는 모터 구동 장치(1)의 동작을 입력하기 위한 다양한 종류의 입력 장치가 입력부(560)의 일례로 이용될 수 있을 것이다.

표시부(550)는 제어부(800)에서 제어하는 모터 구동 장치(1)의 제어 상황, 감지부(700)에서 감지한 모터 구동 장치(1)의 동작 상황 등을 사용자에게 시각, 청각 및 촉감 등으로 표시할 수 있다.

이하, 도 2 내지 도 5를 참조하여 로터를 포함하는 모터의 일 실시예에 대해서 설명하도록 한다.

도 2는 모터의 축방향 단면을 도시하고 있고, 도 3은 모터의 횡방향 단면을 도시하고 있다. 또한, 도 3은 로터의 횡방향 단면을 도시하고 있고, 도 4는 로터 코어의 횡방향 단면을 도시하고 있다.

모터(100)는 모터 하우징(190), 스테이터(300), 샤프트(400) 및 로터(200)를 포함할 수 있다.

모터 하우징(190)은 모터(100)의 외관을 형성하고, 스테이터(300)의 고정 돌기(360)와 결합하여 스테이터(300)가 회전되지 않도록 고정력을 제공한다.

또한, 모터 하우징(190)은 횡축을 기준으로 제 1 모터 하우징(190a) 및 제 2 모터 하우징(190b)으로 나뉘어질 수 있다. 그리고, 제 1 모터 하우징(190a) 및 제 2 모터 하우징(190b)은 스테이터(300)와 연결될 수 있다.

스테이터(300)는 스테이터 코어(310), 티스(350), 코일(340), 인슐레이터(320) 및 고정 돌기(360)를 포함할 수 있다.

스테이터 코어(310)는 스테이터(300)의 골격을 이루어 스테이터(300)의 형상을 유지시키고, 하나의 티스(350)가 전원에 의해 자화되면 하나의 티스(350)에 인접한 다른 티스(350)가 전원에 의해 자화된 극성과 상이한 극성으로 유도 자화될 수 있도록 자계가 형성되는 통로를 제공할 수 있다.

또한, 스테이터 코어(310)는 실린더의 형태를 가지도록 형성될 수 있고, 프레스 가공된 철판을 적층하여 형성할 수 있다. 또한, 스테이터 코어(310)의 내측에는 원주 방향으로 복수 개의 티스(350)가 위치할 수 있고, 스테이터 코어(310)의 외측에는 복수 개의 고정 돌기(360)가 위치할 수 있다. 이외에도, 스테이터(300)의 형상을 유지하고 티스(350) 및 고정 돌기(360)가 위치할 수 있도록 하기 위한 다양한 형상이 스테이터 코어(310)의 형상의 일례로 이용될 수 있을 것이다.

또한, 스테이터 코어(310)에는 스테이터 코어(310)를 축방향으로 관통하는 복수 개의 제 1 삽입 홀이 형성될 수 있다. 또한, 제 1 삽입 홀에는 스테이터 코어(310)를 이루는 각 플레이트들을 결합시키기 위한 핀, 리벳 또는 볼트 등의 체결부재가 삽입될 수 있다.

제 1 모터 하우징(190a) 및 제 2 모터 하우징(190b)에는 스테이터 코어(310)의 제 1 삽입 홀과 암수 결합되도록 제 1 삽입 돌기가 형성되어 제 1 모터 하우징(190a)과 스테이터(300), 제 2 모터 하우징(190b)과 스테이터(300)가 연결될 수도 있고, 제 1 모터 하우징(190a) 및 제 2 모터 하우징(190b)에는 스테이터 코어(310)의 제 1 삽입 홀에 대응하도록 하우징 관통 홀이 형성되어 제 1 모터 하우징(190a), 제 2 모터 하우징(190b) 및 스테이터(300)가 하나의 체결부재에 의해 연결될 수도 있다.

티스(350)는 스테이터 코어(310)에 의해 나눠진 스테이터 코어(310)의 내부에 복수 개가 위치하여 스테이터 코어(310) 내부의 공간을 원주 방향을 따라 복수 개의 슬롯으로 분할할 수 있다. 또한, 티스(350)는 코일(340)이 위치할 공간을 제공할 수 있고, 코일(340)에 공급되는 전원으로 인해 형성되는 자계에 의해 N극 및 S극 중 하나로 자화될 수 있다.

또한, 티스(350)는 Y의 형상을 가질 수 있고, 티스(350)의 외각 면 중에서 로터(200)에 인접한 면은 로터(200) 내 자속 집중 코어(235)와의 인력 및 척력이 효율적으로 발생하기 위해서 완곡면을 가질 수 있다. 이외에도, 코일(340)이 위치할 공간을 제공하고 자속 집중 코어(235)와의 인력 및 척력을 효율적으로 발생시키기 위한 다양한 구조가 티스(350)의 일례로 이용될 수 있을 것이다.

코일(340)은 스테이터(300)의 티스(350) 상에 위치한 인슐레이터(320)에 위치하여 인가된 전원으로 인해 자계를 형성시킬 수 있다. 이로 인해, 코일(340)은 해당 코일(340)이 위치한 티스(350)를 자화시킬 수 있다.

또한, 코일(340)에 공급되는 전원은 3상의 형태일 수 있고, 단상의 형태일 수도 있다.

예를 들어, 코일(340)에 공급되는 전원이 3상의 형태인 경우에는 도 3에 도시된 3 쌍의 코일(340)을 그룹화 하여 U상의 전원을 공급하고, 다른 3 쌍의 코일(340)을 그룹화하여 V상의 전원을 공급하며, 나머지 3 쌍의 코일(340)을 그룹화하여 W상의 전원을 공급할 수 있다.

이외에도 로터(200)의 회전을 제어하고, 로터(200)와 스테이터(300)의 자계끼리 인력과 척력이 효율적으로 작용하기 위한 다양한 코일(340)의 조합이 코일(340) 조합의 일례로 이용될 수 있을 것이다.

또한, 코일(340)을 감는 방법은 집중권 방식과 분포권 방식으로 감길 수 있다. 집중권 방식은 스테이터(300)에서 1극 1상의 슬롯수가 1개가 되도록 코일(340)을 감는 방식이고, 분포권 방식은 슬롯이 붙은 전기 기기에 있어서 코일(340)을 2개 이상의 슬롯으로 나누어 감는 방식이다. 이외에도 티스(350)를 효율적으로 자화시키기 위한 다양한 방법이 코일(340)을 감는 방법의 일례로 이용될 수 있을 것이다.

마지막으로, 코일(340)에 사용되는 소재는 구리, 알루미늄 또는 구리와 알루미늄의 복합 재질일 수 있다. 이외에도 티스(350)를 효율적으로 자화시키기 위한 다양한 소재가 코일(340)의 소재의 일례로 이용될 수 있을 것이다.

인슐레이터(320)는 전자기 전도성이 있는 스테이터(300) 소재가 코일(340)과 접촉되어 도통되는 것을 막기 위한 절연부재로서, 인슐레이터(320)는 제 1 인슐레이터(320a) 및 제 2 인슐레이터(320b)로 나뉘어 질 수 있다.

제 1 인슐레이터(320a) 및 제 2 인슐레이터(320b)는 전기적 절연성을 가지는 재질로 형성되고, 축방향에 대해 스테이터 코어(310)의 양측에 각각 배치된다. 제 1 인슐레이터(320a) 및 제 2 인슐레이터(320b)는 스테이터(300)를 덮을 수 있도록 스테이터 코어(310)의 양측에 각각 결합된다.

또한, 제 1 인슐레이터(320a) 및 제 2 인슐레이터(320b)에는 스테이터 코어(310) 쪽으로 돌출되는 제 2 삽입 돌기가 형성되고, 제 2 삽입 돌기는 스테이터 코어(310)에 형성된 제 2 삽입 홀에 삽입될 수 있다.

제 1 인슐레이터(320a) 및 제 2 인슐레이터(320b)는 환형의 테두리, 스테이터 코어(310)에 대응하여 배열되는 복수 개의 코일 지지부, 코일 지지부의 반경방향 내측과 외측에서 돌출되는 코일 가이드부를 포함할 수 있다.

또한, 코일 지지부들은 원주방향으로 이격되어 코일 지지부들 사이에는 스테이터(300) 슬롯들에 대응하는 공간이 형성될 수 있다.

고정 돌기(360)는 코일(340)에 전원이 인가되어 형성되는 자계와 영구 자석(280)에 의해 형성되는 자계 사이의 인력 및 척력으로 인해 발생되는 회전력에도 불구하고 스테이터(300)가 제 2 하우징에서 회전되지 않고 고정되도록 고정력을 제공할 수 있다.

또한, 고정 돌기(360)는 스테이터 코어(310)의 외측 격벽에 모터 하우징(190)의 홈과 암수 결합이 가능하도록 샤프트(400)에 수직되게 형성될 수도 있고, 평행하게 형성될 수도 있다. 이외에도 스테이터(300)가 모터 하우징(190)에 고정되도록 하기 위한 다양한 형태가 고정 돌기(360)의 일례로 이용될 수 있을 것이다.

샤프트(400)는 로터(200)와 함께 회전할 수 있도록 로터(200)의 샤프트 삽입 홀(215)과 연결될 수 있다. 샤프트(400)의 일측은 베어링(130)을 통해 제 2 모터 하우징(190b)에 회전 가능하게 지지되고, 샤프트(400)의 타측은 베어링(130)을 통해 제 1 모터 하우징(190a)에 회전 가능하게 지지될 수 있다. 또한, 제 2 모터 하우징(190b)에 지지되는 샤프트(400)의 일측은 제 2 모터 하우징(190b)에 형성된 개구(180)를 통해 모터 하우징(190) 외부와 돌출되어 구동력을 필요로 하는 장치와 연결될 수 있다.

로터(200)는 영구 자석(280)에 의한 자계와 스테이터(300)의 티스(350)에 형성되는 자계 사이에 인력 및 척력이 작용하여 모터(100)의 회전력을 획득하는 장치로서, 스테이터(300) 내부에 위치하고, 로터(200)의 횡방향의 표면에는 제 1 로터 하우징(290a) 및 제 2 로터 하우징(290b)이 마련되며, 로터(200)의 축방향의 표면에는 제 3 로터 하우징(290c)이 마련될 수 있다. 이러한, 로터(200)는 로터 코어(210) 및 영구 자석(280)을 포함할 수 있다.

로터(200)는 영구 자석(280)에 의해 형성되는 자계의 통로 및 자속을 집중시키고, 비산을 방지하는 로터 코어(210), 로터 코어(210)를 감싸 영구 자석(280)의 이탈을 방지하는 로터 하우징(290) 및 자계를 형성하는 영구 자석(280)을 포함할 수 있다.

그리고, 로터 코어(210)는 메인 코어(220), 방사형 코어(225), 자속 집중 코어(235), 내측 결합부(240), 내측 자속 누설 방지부(250), 외측 결합부(245), 외측 자속 누설 방지부(255), 영구 자석 안착부(230) 및 결합 홀(260)을 포함할 수 있다.

메인 코어(220)는 원통의 형상을 가지고 내부에 샤프트(400)와 연결되는 샤프트 삽입 홀(215)이 마련될 수 있다.

또한, 메인 코어(220)는 로터(200)의 회전 시 로터(200)에 작용하는 응력(stress)으로부터 로터(200)의 형상이 유지되도록 로터(200)의 골격을 이룰 수 있다. 또한, 메인 코어(220)는 영구 자석(280)에 의해 형성되는 자계의 경로를 제공하여 자속이 메인 코어(220)를 따라 흐르도록 기능할 수도 있다.

방사형 코어(225)는 메인 코어(220)에 로터(200)의 원주방향에 수직되게 외부로 방사되는 형태로 결합될 수 있다. 방사형 코어(225)는 방사형 코어(225)에 인접한 한 쌍의 영구 자석(280)으로 인해 형성되는 자계에 자속이 흐를 수 있도록 통로를 제공할 수 있고, 메인 코어(220)와 전자기적으로 연결되어 q축 인덕턴스를 증가시킬 수 있다.

또한, 방사형 코어(225)는 인접한 한 쌍의 영구 자석(280)이 평행하게 배치되도록 하나의 방사형 코어(225)의 폭이 일정할 수도 있고, 인접한 한 쌍의 영구 자석(280)이 미리 설정된 각도(예를 들어, 20[deg])로 배치되도록 원주 외측의 방사형 코어(225)의 폭이 원주 내측의 방사형 코어(225)의 폭보다 클 수 있다. 이외에도 한 쌍의 영구 자석(280)을 배치하기 위한 다양한 방사형 코어(225)의 형상이 방사형 코어(225) 형상의 일례로 이용될 수 있을 것이다.

자속 집중 코어(235)는 자속 집중 코어(235) 양 측에 위치하는 영구 자석(280)에 의한 자계가 자속 집중 코어(235)에 형성되어 자속을 집중시키도록 유도한다.

또한, 자속 집중 코어(235)는 도 4에 도시된 바와 같이 부채꼴 형상을 가질 수 있다. 또한, 부채꼴에 있어 반지름은 로터(200)의 반지름과 상이할 수도 있고, 동일할 수도 있다.

내측 결합부(240)는 로터(200)의 회전시 로터(200)의 중심에서 외측으로 발생하는 원심력으로 인한 자속 집중 코어(235)의 비산을 저감한다. 구체적으로, 내측 결합부(240)는 자속 집중 코어(235)의 내측과 메인 코어(220)의 외측 사이에 위치하고, 자속 집중 코어(235)의 내측과 메인 코어(220)의 외측에 결합된다. 따라서, 내측 결합부(240)는 원심력으로 인해 외측으로 자속 집중 코어(235)가 이동하여 발생하는 변위를 줄여, 자속 집중 코어(235)의 비산을 저감할 수 있다.

내측 자속 누설 방지부(250)는 내측 결합부(240)의 양측에 위치하여 영구 자석(280)에서 유출입되는 자속의 누설(Leakage)을 저감할 수 있다. 구체적으로, 내측 자속 누설 방지부(250)는 영구 자석(280)의 로터(200) 중심 방향의 내측과 메인 코어(220)의 외측 사이에 마련되고, 플라스틱 또는 공기 등과 같은 비자성체가 채워져 영구 자석(280)에 의해 형성되는 자속이 메인 코어(220)로 누설되는 것을 저감할 수 있다.

외측 결합부(245)는 로터(200)의 회전시 로터(200)의 중심에서 외측으로 발생하는 원심력으로 인한 자속 집중 코어(235), 방사형 코어(225) 및 영구 자석(280)의 비산을 저감한다. 구체적으로, 외측 결합부(245)는 방사형 코어(225)와 자속 집중 코어(235) 사이에 위치하여 방사형 코어(225)와 자속 집중 코어(235)에 결합된다. 따라서, 외측 결합부(245)는 원심력으로 인해 외측으로 자속 집중 코어(235), 방사형 코어(225) 및 영구 자석(280)이 이동하여 발생되는 변위를 줄여, 자속 집중 코어(235), 방사형 코어(225) 및 영구 자석(280)의 비산을 저감할 수 있다.

외측 자속 누설 방지부(255)는 영구 자석(280)의 외측에 위치하여 영구 자석(280)에서 유출입되는 자속의 누설을 저감할 수 있다. 구체적으로, 외측 자속 누설 방지부(255)는 영구 자석(280)의 외측과 외측 결합부(245)의 내측 사이에 마련되고, 내측 자속 누설 방지부(250)와 같이 비자성체가 채워져 영구 자석(280)에 의해 형성되는 자속이 메인 코어(220)로 누설되는 것을 저감할 수 있다.

위에서 언급한 메인 코어(220), 방사형 코어(225), 자속 집중 코어(235), 내측 결합부(240) 및 외측 결합부(245)의 소재는 자속이 흐르는 경로를 제공 및 전기 전도성을 가지기 위해 연자성체(Soft Magnetic Material) 및 금속이 이용될 수 있다. 이외에도 전자기적으로 전도성을 가지고 외부의 응력으로부터 형상의 변형이 일어나지 않는 다양한 소재가 메인 코어(220), 방사형 코어(225), 자속 집중 코어(235), 내측 결합부(240) 및 외측 결합부(245)의 소재의 일례로 이용될 수 있을 것이다.

영구 자석 안착부(230)는 자속 집중 코어(235)를 기준으로 양 측에 이격되어 마련되는 2개의 방사형 코어(225)와 자속 집중 코어(235) 사이에 위치하여 영구 자석(280)이 착자될 공간을 제공한다.

구체적으로, 영구 자석 안착부(230)는 도 4에 도시된 바와 같이 자속 집중 코어(235)를 기준으로 제 1 영구 자석 안착부(230a) 및 제 2 영구 자석 안착부(230b)로 나뉜다. 영구 자석 안착부(230)는 안착되는 영구 자석(280)의 크기와 대응되는 크기의 홈이 형성되고, 형성된 홈에 영구 자석(280)이 안착될 수 있다. 영구 자석 안착부(230)에 형성되는 홈의 폭은 내측 자속 누설 방지부(250) 및 외측 자속 누설 방지부(255)의 폭보다 클 수 있다. 또한, 영구 자석 안착부(230)에 형성되는 홈은 방사형 코어(225)를 기준으로 평행하게 형성될 수도 있고, 영구 자석 안착부(230)와 방사형 코어(225) 사이에 미리 설정된 각도를 가지도록 형성될 수도 있다. 미리 설정된 각도는 집중시킬 자속의 세기와 증가시킬 q축 인덕턴스 등에 따라 설정되는 값일 수 있다. 예를 들어, 미리 설정된 각도는 20[deg] 이하의 값일 수 있다. 이외에도 집중시킬 자속의 세기와 증가시킬 q축 인덕턴스 등을 고려하여 설정된 다양한 각도가 미리 설정된 각도의 일례로 이용될 수 있을 것이다.

이외에도 영구 자석(280)을 안착시킬 다양한 형상이 영구 자석 안착부(230)의 일례로 이용될 수 있을 것이다.

도 6은 로터 하우징이 결합되는 로터의 외관을 도시하고 있다.

결합 홀(260)은 로터 하우징(290)의 결합 돌기(265)와 대응되도록 형성되어, 로터 하우징(290)과 로터 코어(210)가 결합되도록 하는 결합 부재이다. 결합 홀(260)은 도 6에 도시된 바와 같이 자속 집중 코어(235)에 형성되고, 결합 홀(260)의 폭은 결합 돌기(265)의 폭보다 크거나 같을 수 있다. 또한, 결합 홀(260)은 결합 돌기(265)의 형상과 대응되게 실린더의 형상일 수도 있고, 다각형 형태의 기둥 형상일 수도 있다.

로터 하우징(290)은 로터 코어(210)와 결합되어 영구 자석 안착부(230)에 착자된 영구 자석(280)이 로터 코어(210) 외부로 유출되는 것을 방지한다. 또한, 로터 하우징(290)은 횡축을 기준으로 제 1 로터 하우징(290a) 및 제 2 로터 하우징(290b)으로 나누어 질 수 있다.

제 1 로터 하우징(290a)의 연결측에는 결합 홀(260)의 형상과 대응되는 제 1 결합 돌기(265a)가 마련되고, 제 2 로터 하우징(290b)의 연결측에는 결합 홀(260)의 형상과 대응되는 제 2 결합 돌기(265b)가 마련될 수 있다.

또한, 제 1 로터 하우징(290a) 및 제 2 로터 하우징(290b)의 중앙에는 샤프트 삽입 홀(215)에 연결되는 샤프트(400)가 지지되도록 지지 홀(292)이 형성될 수도 있다. 또한, 샤프트(400)가 지지되기 위해서 제 1 로터 하우징(290a) 중앙에 형성되는 제 1 지지 홀(292a)의 반지름은 샤프트 삽입 홀(215)의 반지름보다 작을 수도 있고, 제 1 지지 홀(292a)의 연결측 반지름은 제 1 지지 홀(292a)의 타측 반지름 보다 작을 수도 있다. 그러나, 샤프트(400)가 회전력을 필요로 하는 장치에 연결되는 측의 제 2 로터 하우징(290b) 중앙에 형성되는 제 2 지지 홀(292b)의 반지름은 샤프트 삽입 홀(215)의 반지름과 동일할 수도 있고 클 수도 있다.

이상에서 도 2 내지 도 6을 참조하여 설명한 모터는 내전형(IPM) 스포크형 타입의 모터를 위주로 설명하였으나, 이러한 설명으로 모터가 내전형 스포크형 타입에 한정되는 것은 아니다. 예를 들어, 모터는 표면 부착형 모터일 수도 있고, V타입 모터일 수도 있다.

이하, 도 7 내지 9를 참조하여 복수 개의 영구 자석의 착자와 자속 집중의 일 실시예에 대해서 설명하도록 한다.

이하, 도 7 내지 도 9를 참조하여 모터 구동 장치의 구동 전원 제어 및 파라미터 추정에 대해서 설명하도록 한다.

도 7 내지 도 9는 모터 구동 장치의 구동부, 감지부, 메모리 및 제어부에 대한 블록을 도시하고 있다.

구동부(400)는 회전력을 생성하는 모터(100) 및 모터(100)에 구동 전류를 공급하는 인버터(Invertor, 450)를 포함할 수 있다.

모터(100)는 위의 도 2 내지 도 6에서의 모터(100)와 동일할 수도 있고, 상이할 수도 있다.

도 8에 도시된 바와 같이, 인버터(450)는 3개의 상단 스위칭 회로(Q11~Q13)과 3개의 하단 스위칭 회로(Q21~Q23)를 포함할 수 있다.

상단 스위칭 회로(Q11~Q13)와 하단 스위칭 회로(Q21~Q23)는 고전압 접합형 트랜지스터(High Voltage Bipolar Junction Transistor), 고전압 전계 효과 트랜지스터(High Voltage Field Effect Transistor), 또는 IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor) 등의 고전압 스위치와 환류 다이오드(Free Wheeling Diode)를 포함할 수 있다.

구체적으로, 3개의 상단 스위칭 회로(Q11~Q13)는 전원(Vcc)에 서로 병렬로 연결되고, 3개의 하단 스위칭 회로(Q21~Q23)는 접지(GND)에 서로 병렬로 연결된다. 또한, 3개의 상단 스위칭 회로(Q11~Q13)와 3개의 하단 스위칭 회로(Q21~Q23)는 일대일로 직렬 연결되고, 3개의 상단 스위칭 회로(Q11~Q13)와 3개의 하단 스위칭 회로(Q21~Q23)가 각각 연결되는 3개의 노드는 모터(100)의 3개의 입력단자(a, b, c)와 각각 연결된다.

인버터(450)는 상단 스위칭 회로(Q11~Q13) 중 어느 하나와 하단 스위칭 회로(Q21~Q23) 중 어느 하나를 미리 정해진 순서에 따라 턴온시킴으로써 모터(100)에 구동 전류를 공급할 수 있다.

감지부(700)는 로터(200)의 회전 변위를 감지하는 각도 감지부(710), 구동 전원의 전류를 감지하는 전류 감지부(720) 및 인버터(450)에 전달되는 전압 신호인 직류 전압을 감지하는 전압 감지부(730)를 포함할 수 있다.

감지부(700)는 위의 도 1에서 설명한 감지부(700)와 동일할 수 있다.

메인 제어부(810)는 사용자의 동작 명령에 따라 구동 제어부(820)에 속도 지령(w*) 등을 전달하고, 저장부(600)에서 파라미터 데이터(610)를 로딩하여 구동 제어부(820)에 전달할 수 있다. 특히, 메인 제어부(810)는 감지부(700)에서 감지한 모터(100)의 회전 변위(예를 들면, 각도 및 회전 속도) 및 인버터(450)에 공급되는 전압 지령을 전달 받아 저장부(600)에 저장된 파라미터 데이터(610) 중에서 현재 전류 제어기(824) 및 속도 제어기(823)에서 이득 산출을 위해 필요한 파라미터를 불러온다. 또한, 메인 제어부(810)는 불러온 파라미터를 통해 인버터(450)에 전달할 전압 지령을 산출하기 위해 파라미터를 구동 제어부(820)에 전달한다.

또한, 메인 제어부(810)는 감지부(700)에서 감지한 회전 속도, 구동 전류, 전압 지령 등에 기초하여 파라미터를 추정할 수 있다. 또한, 메인 제어부(810)는 모터(100)의 회전 속도 또는 기동 파라미터의 저장 여부에 따라 파라미터 추정을 기동 추정 및 구동 추정으로 분할하여 수행할 수 있다. 또한, 메인 제어부(810)는 모터(100)의 회전 속도에 따라 구동 추정을 제 1 구동 추정 및 제 2 구동 추정으로 분할하여 수행할 수 있다. 메인 제어부(810)가 파라미터를 추정하는 구체적인 설명은 이하의 도 10내지 도 14를 참조하여 설명하도록 한다.

도 9에 도시된 바와 같이, 구동 제어부(820)는 속도 연산기(821), 속도 제어기(823), 제 1 좌표계 변환기(822), 전류 제어기(824), 제 2 좌표계 변환기(825) 및 펄스 폭 변조기를 포함할 수 있다.

속도 연산기(821)는 모터(100)에 포함된 각도 감지부(710)가 제공하는 로터(200)의 회전 각도 및 주파수를 기초로 모터(100)의 회전 속도(w)를 산출하여, 속도 제어기(823) 및 메인 제어부(810)에 제공할 수 있다.

속도 제어기(823)는 메인 제어부(810)가 출력하는 속도 지령(w*)과 속도 연산기(821)가 출력하는 모터(100)의 회전 속도(w)와, 메인 제어부(810)가 추정한 역기전력 상수, 미리 저장된 모터 관성 및 모터 극수에 기초하여 dq축 전류 지령(Idq*)을 산출하여 전류 제어기(824)에 제공할 수 있다.

제 1 좌표계 변환기(822)는 각도 감지부(710)가 출력하는 로터(200)의 회전 변위를 기초로 전류 감지부(720)가 출력하는 모터의 구동 전류(Iabc)를 dq축 전류(Idq)로 변환하여 전류 제어기(824)에 제공할 수 있다. 또한, 제 1 좌표계 변환기(822)는 전압 감지부(730)가 감지한 직류 전원(Vcc)를 구동 전압(Vabc)로 변환한 뒤, 구동 전압(Vabc)를 dq축 전압(Vdq)으로 변환하여 전류 제어기(824)에 제공할 수 있다.

전류 제어기(824)는 속도 제어기(823)가 출력하는 dq축 전류 지령(Idq*)과 제 1 좌표계 변환기(822)가 출력하는 dq축 전류(Idq)와, 메인 제어부(810)가 추정한 상저항, d축 인덕턴스 및 q축 인덕턴스와, 각도 감지부(710)가 감지한 로터(200)의 회전 변위에 기초하여 dq축 전압 지령(Vdq*)을 산출하여 제 2 좌표계 변환기(825)에 제공할 수 있다.

제 2 좌표계 변환기(825)는 각도 감지부(710)가 출력하는 로터(200)의 회전 변위를 기초로 전류 제어기(824)가 출력하는 dq축 전압 지령(Vdq*)을 구동 전압 지령(Vabc*)으로 변환하여 펄스 폭 변조기에 제공할 수 있다.

펄스 폭 변조기는 제 2 좌표계 변환기(825)가 출력하는 구동 전압 지령(Vabc*)를 기초로 인버터(450)에 포함된 상단 스위칭 회로(Q11~Q13)와 하단 스위칭 회로(Q21~Q23)를 제어하기 위한 펄스 폭 변조 신호를 출력할 수 있다.

이상, 모터 구동 장치의 구성에 대해서 설명하였다. 이하, 도 10내지 도 13을 참조하여 메인 제어부에서 파라미터를 추정하는 방법에 대해서 설명하도록 한다.

도 10은 모터의 회전 속도에 따른 파라미터 추정 방법의 일례를 도시한 그래프이다.

모터(100)의 파라미터 추정에는 기동 추정과 구동 추정이 포함될 수 있다.

기동 추정은 미리 설정된 기동 속도 미만의 영역에서 파라미터를 추정하는 추정법이다. 또한, 기동 추정은 저장부(600)에 파라미터에 대한 정보가 저장되어 있지 않거나, 기동시 파라미터가 일정하지 않아 미리 저장된 데이터를 이용하기 어려운 경우 수행하는 파라미터 추정이다. 여기서, 미리 설정된 기동 속도는 구동 운전 이전에 기동 추정이 수행되는 상한 속도로서, 미리 설정된 기동 속도는 모터(100)의 형상, 무게 중심, 성능 및 공급되는 구동 전원 등에 따라 제조시 또는 설계시 결정된 값이다.

또한, 기동 추정은 추정하려는 파라미터 또는 회전 속도에 의해 2개의 구간으로 분할될 수 있다. 즉, 기동 추정은 정지 상태인 제 1 구간(T1)에서의 파라미터 추정 및 미리 설정된 기동 속도로 회전하는 제 2 구간(T2)에의 파라미터 추정을 포함할 수 있다.

구체적으로, 제 1 구간(T1)에서 추정되는 파라미터는 상저항, d축 인덕턴스 및 q축 인덕턴스이고, 우선 d축 및 q축에 고주파 시험 전압인 d축 고주파 시험 전압 및 q축 고주파 시험 전압을 공급하여 d축 인덕턴스, q축 인덕턴스 및 예비 상저항을 추정할 수 있다. 그리고, 추정된 d축 인덕턴스, q축 인덕턴스 및 예비 상저항을 적용하여 서로 다른 d축 직류 전원인 제 1 d축 직류 시험 전류 및 제 2 d축 직류 시험 전류를 공급하여 상저항을 추정할 수 있다.

여기서, d축 고주파 시험 전압, q축 고주파 시험 전압, 제 1 d축 직류 시험 전류 및 제 2 d축 직류 시험 전류는 상저항, d축 인덕턴스 및 q축 인덕턴스를 추정하기 위해 공급하는 시험 전원으로서, 크기, 주파수 및 공급 시간은 모터(100)의 운전에 영향을 적게 주는 범위에서 제조시 또는 설계시 결정된 변수이다.

제 1 구간(T1)에서 상저항, d축 인덕턴스 및 q축 인덕턴스를 추정하는 방법은 이하의 수학식 1 내지 수학식 9를 이용하여 추정할 수 있다.

수학식 1은 정지 상태에서의 d축의 전압 방정식이다. 수학식 1의 변수 중에서 d축 전압은

, 예비 상저항은

, d축 전류는

, d축 인덕턴스는

로 표현될 수 있다.

d축 전압으로 d축 고주파 시험 전원인 Vtd*sin(Wf*t)를 공급할 수 있다.

수학식 2는 정지 상태에서의 q축 전압 방정식이다. 수학식 2의 변수 중에서 q축 전압은

, q축 전류는

, q축 인덕턴스는

로 표현될 수 있다.

q축 전압으로 q축 고주파 시험 전원인 Vtq*sin(Wf*t)를 공급할 수 있다.

수학식 3은 예비 상저항, d축 인덕턴스 및 q축 인덕턴스를 산출하기 위해 공급된 고주파 시험 전압과 동상의 변수에 대한 수식이다. 수학식 3의 변수 중에서 고주파 시험 전압과 동상의 변수는 a, 저역 통과 필터는 LPF, 공급된 고주파 시험 전압의 주파수는 Wf, 시간은 t로 표현될 수 있다.

또한, 수학식 3은 d축 고주파 시험 전압이 공급된 경우 d축의 관점에서 표현된 수식이나, q축 고주파 시험 전압이 공급된 경우에는 수학식 3의 d축 전류가 q축 전류로 대체되어 표현될 수도 있다.

수학식 4는 예비 상저항, d축 인덕턴스 및 q축 인덕턴스를 산출하기 위해 공급된 고주파 시험 전압과 직각의 상에서의 변수에 대한 수식이다. 수학식 4의 변수 중에서 고주파 시험 전압과 직각의 상에서의 변수는 b로 표현될 수 있다.

또한, 수학식 4는 d축 고주파 시험 전압이 공급된 경우 d축의 관점에서 표현된 수식이나, q축 고주파 시험 전압이 공급된 경우에는 수학식 4의 d축 전류가 q축 전류로 대체되어 표현될 수도 있다.

수학식 5는 예비 상저항을 산출하는 수식이다. 수학식 5의 변수 중에서 공급된 d축 고주파 시험 전압의 크기는 Vtd로 표현될 수 있다.

여기서, a 및 b는 수학식 3 및 수학식 4의 a 및 b와 동일하다.

수학식 6은 d축 인덕턴스를 산출하는 수식이다.

여기서, a 및 b는 수학식 3 및 수학식 4의 a 및 b와 동일하다.

수학식 7은 q축 인덕턴스를 산출하는 수식이다. 수학식 7의 변수 중에서 공급된 q축 고주파 시험 전압의 크기는 Vtq로 표현될 수 있다.

여기서, a 및 b는 수학식 3 및 수학식 4의 d축 시험 전압을 q축 시험 전압으로 대체한 변수이다.

고주파 시험 전압을 공급하여 추정한 d축 인덕던스 및 q축 인덕턴스는 공급되는 고주파 시험 전압의 주파수의 영향을 적게 받는다. 이는 d축 인덕턴스 및 q축 인덕턴스는 전압 방정식에서 주파수와 동일한 항에 위치하기 때문이다. 그러나, 상저항의 경우 전압 방정식에서 실수측에 위치하기 때문에 공급되는 고주파 시험 전압의 주파수가 커질수록 허수측의 절대값이 커져 상대적으로 상저항이 작아질 수 있다. 따라서, 정확한 상저항을 추정하기 위해서는 고주파 시험 전압 공급으로 대략적인 상저항인 예비 상저항을 추정하고, 추정된 예비 상저항, d축 인덕턴스 및 q축 인덕턴스로 전류 제어기(824)를 구현하여 d축 직류 전원을 통해 정확한 상저항을 추정할 수 있다. 또한, 하나의 d축 직류 시험 전류만을 공급하여 상저항을 추정하면 데드 타임 등과 같은 변수에 의한 인버터(450)의 비선형성에 의해 영향을 받는바, 수학식 8과 같이 2개의 d축 직류 시험 전류를 공급하여 상저항을 추정하여 비선형성에 의한 변수를 제거하면 보다 정확한 상저항을 추정할 수 있다.

수학식 8은 d축 직류 시험 전류을 공급한 경우의 전압 방정식이다. 수학식 8의 변수 중에서 인버터(450)의 비선형성에 의한 전압은 Voffset으로 표현될 수 있다.

수학식 9는 2개의 직류 시험 전류를 공급하여 산출한 상저항에 대한 수식이다. 수학식 9의 변수 중에서 상저항은 Rs이고, 제 1 d축 시험 전류는 id1이고, 제 1 d축 시험 전류에 의한 전압은 vd1이고, 제 2 d축 시험 전류는 id2이고, 제 2 d축 시험 전류에 의한 전압은 vd2로 표현될 수 있다.

제 1 구간(T1)에서 수학식 1 내지 수학식 9을 이용하여 추정한 파라미터는 상저항, d축 인덕턴스 및 q축 인덕턴스이다. 상저항, d축 인덕턴스 및 q축 인덕턴스는 전류 제어기(824)를 구현하는데 필요한 변수이다. 속도 제어기(823)를 구현하는데 필요한 파라미터는 역기전력 상수인바, 제 2 구간(T2)에서 역기전력 상수를 추정하는 방법을 수학식 10 내지 수학식 15를 참조하여 설명하도록 한다.

제어부(800)는 모터가 미리 설정된 기동 속도를 유지하면서 회전시키기 위해서 d축 전류를 0[A], q축 전류를 미리 설정된 전류값으로 공급하여 일정한 크기의 토크 제어를 수행한다. 그리고, 제어부(800)는 모터가 미리 설정된 기동 속도를 유지하는 경우의 d축 전류, d축 전압, q축 전류 및 q축 전압에 기초하여 역기전력 상수를 추정한다. 이에 대한 구체적인 추정 방법은 수학식 10 내지 수학식 15를 참조하여 설명하도록 한다.

수학식 10은 미리 설정된 기동 속도에서의 d축의 전압 방정식이다. 수학식 10의 변수 중에서 d축 전압은

, 상저항은

, d축 전류는

, d축 쇄교 자속은

로 표현될 수 있다.

수학식 11은 미리 설정된 기동 속도에서의 q축의 전압 방정식이다. 수학식 11의 변수 중에서 q축 전압은

, q축 전류는

, q축 쇄교 자속은

로 표현될 수 있다.

수학식 12는 정지 상태인 정지 좌표계에서의 쇄교 자속과 미리 설정된 기동 속도의 회전 좌표계에서의 쇄교 자속 사이의 관계식이다. 수학식 12의 변수 중에서 정지 좌표계에서의 d축 쇄교 자속은

, 정지 좌표계에서의 q축 쇄교 자속은

로 표현될 수 있다.

수학식 12에서와 같이, 누설 자속이 없는 경우 정지 좌표계에서의 쇄교 자속의 절대값은 회전 좌표계에서의 쇄교 자속의 절대값과 같음을 알 수 있다.

수학식 13은 회전 좌표계에서의 d축 쇄교 자속에 대한 수식이다. 수학식 13의 변수 중에서 역기전력 상수는

로 표현될 수 있다.

수학식 14는 회전 좌표계에서의 q축 쇄교 자속에 대한 수식이다.

수학식 13 및 수학식 14를 수학식 12에 대입하여 역기전력 상수에 대해서 정리하면 수학식 15와 같이 표현될 수 있다.

수학식 15는 역기전력 상수에 대한 수식이다.

수학식 15는 수학식 12 내지 수학식 14를 정리한 것으로 수학식 15로 산출된 역기전력 상수를 이용해 모터의 구동 운전시 속도 제어기(823)를 구현할 수 있다.

이상에서는 수학식 1 내지 수학식 15를 참조하여 기동 추정에 대해서 설명하였다. 이하에서는 도 11 내지 도 13을 참조하여 구동 추정의 일 실시예에 대해서 설명하도록 한다.

도 11는 인버터의 지령 전압과 구동 전압 사이의 오차 및 구동 전류를 나타낸 그래프이다. 또한, 도 12 a는 데드 타임 보상시의 지령 전류를 나타낸 그래프이고, 도 12b 내지 도 12d는 데드 타임 보상시의 3상의 구동 전류들을 나타낸 그래프이다.

구동 추정은 도 10에서의 미리 설정된 기동 속도를 초과하는 경우에 파라미터를 추정하는 방법이다. 운전 추정 단계에서 모터(100) 구동을 위해 속도 제어기(823) 및 전류 제어기(824)에서 이용하는 파라미터는 기동 추정에서 추정한 파라미터 또는 이전 차수에 구동 추정으로 추정한 파라미터가 이용될 수 있다.

구체적으로, 구동 추정은 미리 설정된 기동 속도를 초과하고 미리 설정된 구동 토크 미만인 제 3 구간(T3)에서의 추정 및 미리 설정된 구동 토크 이상인 제 4 구간(T4)에서의 추정을 포함할 수 있다. 제 3 구간(T3)에서의 추정은 데드 타임 보상을 고려하여 파라미터를 추정하고, 제 4 구간(T4)에서의 추정은 데드 타임 보상을 고려하지 않고 파라미터를 추정한다.

데드 타임은 인버터(450)의 비선형성으로 발생한다. 구체적으로, 데드 타임은 하프 브릿지 등의 인버터(450)에서 상하 스위치의 단락을 피하기 위해 스위칭 시점 사이에 일정한 간격을 두는 등의 이유로 발생한다. 그 결과, 도 11에 도시된 바와 같이, 구동 전류의 크기가 작을수록 인버터(450)에 입력되는 전압 지령 대비 구동 전압의 차이인 오차가 증가하게 된다. 이 경우, 다이오드로 인해 이전에 흐르는 전류 방향이 유지되는바, 구동 전류의 극성으로 데드 타임을 보상한다. 그러나, 제 3 구간(T3)은 낮은 속도로 인해 구동 전류의 크기가 작기 때문에 극성을 판단하기 어렵다. 따라서, 도 12a에 도시된 바와 같이 제어부(800)는 전류 지령(Id*)을 톱니파 형태로 공급하여, 인버터(450)는 구동 전류(Ia, Ib, Ic)가 복수 개의 구형파가 합성된 계단형의 파형을 갖도록 구동 전류를 생성한다. 제 3 구간(T3)에서 구동 전류(Ia, Ib, Ic)가 계단형의 합성 구형파이면 제로 크로싱되는 시간이 짧아져 전류 극성을 판단하는데 용이할 수 있다.

여기서, 전류 지령(Id*)은 로터(200)의 회전 변위 및 하나의 주기 당 분할수로 조절된다. 이는 수학식 16을 통해서 설명하도록 한다.

수학식 16은 톱니파의 d축 전류 지령에 대한 수식이다. 수학식 16의 변수 중에서 d축 전류 지령은

, q축 전류 지령은

, 로터의 각도는

, 한주기의 분할수는 n로 표현될 수 있다.

예를 들어, 도 12a 내지 도 12d에 도시된 바와 같이 로터의 각도가 180[deg]이고, 한주기의 분할수가 6[ea]이면 도 12a와 같은 d축 전류 지령이 산출되고, 이로 인해 a상에 도 12b와 같은 구동 전류, b상에 도 12c와 같은 구동 전류, c상에 도 12d와 같은 구동 전류가 공급되어 구동 전류의 극성을 판단하기 용이해질 수 있다.

또한, 제 3 구간(T3) 또는 제 4 구간(T4)에서 시험 전류를 공급하고 파라미터를 추정하는 방법은 도 13을 참조하여 설명하도록 한다.

도 13은 구동 추정시 공급되는 시험 전류의 그래프이다.

도 13에 도시된 바와 같이, 제어부(800)는 미리 설정된 시간 동안 d축 구동 시험 전류 및 q축 구동 시험 전류를 공급하도록 제어한다. 구체적으로, 하나의 주기는 제 6 구간(T6) 내지 제 9구간을 포함한다. 제어부(800)는 제 6 구간(T6)에 d축 구동 시험 전류 및 q축 구동 시험 전류를 공급하지 않고, 제 7구간에 d축 구동 시험 전류를 공급하고, 제 8 구간(T8)에는 d축 구동 시험 전류 및 q축 구동 시험 전류를 공급하지 않고, 제 9 구간(T9)에는 q축 구동 시험 전류를 공급하도록 인버터(450)를 제어한다.

이 경우, 제어부(800)는 d축 구동 시험 전류 및 q축 구동 시험 전류가 공급되지 않는 제 6 구간(T6) 및 제 8 구간(T8) 중 적어도 하나의 구간에 상저항 및 역기전력 상수 중 적어도 하나를 추정한다. 예를 들어, 제어부(800)는 제 6 구간(T6)에 상저항 및 역기전력 상수를 추정할 수도 있고, 제 8 구간(T8)에 상저항 및 역기전력 상수를 추정할 수도 있다. 또한, 제어부(800)는 제 6 구간(T6)에 상저항을 추정하고, 제 8 구간(T8)에 역기전력 상수를 추정할 수 있다. 또한, 제어부(800)는 제 6 구간(T6)에 역기전력 상수를 추정하고, 제 8 구간(T8)에 저항을 추정할 수 있다.

또한, 제어부(800)는 d축 구동 시험 전류가 공급되는 제 7 기간에 d축 인덕턴스를 추정하고, q축 구동 시험 전류가 공급되는 제 9 기간에 q축 인덕턴스를 추정할 수 있다.

도 13에서는 d축 구동 시험 전류 및 q축 구동 시험 전류가 순차적 및 독립적으로 공급되는 것을 예시하였으나, 이외에도 q축 구동 시험 전류가 하나의 주기에서 먼저 공급되고 d축 구동 시험 전류가 이후에 공급될 수도 있고, d축 구동 시험 전류 및 q축 구동 시험 전류가 공급되는 구간이 일부 또는 완전히 중복될 수도 있다.

또한, d축 구동 시험 전류가 공급되는 시간인 제 7 구간(T7) 및 q축 구동 시험 전류가 공급되는 시간인 제 9 구간(T9)은 동일할 수도 있고, 상이할 수도 있다. 또한, d축 구동 시험 전류가 공급되는 시간인 제 7 구간(T7) 및 q축 구동 시험 전류가 공급되는 시간인 제 9 구간(T9)은 제조시 또는 설계시에 미리 결정된 값으로서, 모터(100)의 크기, 형상, 성능 및 현 모터(100) 상태 등을 고려하고, 모터(100)의 구동에 영향을 적게 주는 것으로 결정되어야 한다. 예를 들어, d축 구동 시험 전류가 공급되는 시간인 제 7 구간(T7) 및 q축 구동 시험 전류가 공급되는 시간인 제 9 구간(T9)은 0.02[sec]일 수 있다.

이하, 수학식 17 내지 수학식 24를 참조하여 구동 추정에서 파라미터를 추정하는 방법을 설명하도록 한다.

수학식 17은 d축 구동 시험 전류 및 q축 구동 시험 전류가 공급되지 않고, 전류가 변하지 않는 경우의 d축 전압 방정식이다.

이 경우, 제어부(800)는 RLS(Recursive Least Square) 알고리즘으로 추정하고자 하는 상저항을 산출할 수 있다.

수학식 18은 RLS 알고리즘으로 현재 차수의 상저항을 추정하는 수식이다.

여기서, 제어부(800)는 저장부(600)에 저장되거나 감지부(700)로 감지한 이전 차수의 데이터를 불러와 현재 차수의 상저항을 추정할 수 있다.

수학식 19는 d축 구동 시험 전류 및 q축 구동 시험 전류가 공급되지 않고, 전류가 변하지 않는 경우의 q축 전압 방정식이다.

이 경우, 제어부(800)는 상저항 추정과 같이 RLS 알고리즘으로 역기전력 상수를 추정할 수 있다.

수학식 20은 RLS 알고리즘으로 현재 차수의 역기전력 상수를 추정하는 수식이다.

여기서, 제어부(800)는 저장부(600)에 저장되거나 감지부(700)로 감지한 이전 차수의 데이터를 불러오고, 수학식 18 및 수학식 19를 통해 추정한 상저항에 기초하여 현재 차수의 역기전력 상수를 추정할 수 있다.

수학식 21은 d축 구동 시험 전류가 공급된 경우의 d축 전압 방정식이다.

이 경우, 제어부(800)는 상저항 추정과 같이 RLS 알고리즘으로 d축 인덕턴스를 추정할 수 있다.

수학식 22는 RLS 알고리즘으로 현재 차수의 d축 인덕턴스를 추정하는 수식이다. 수학식 22의 변수 중에서 현재 차수와 이전 차수의 샘플링한 시점의 차는 Ts로 표현할 수 있다.

여기서, 제어부(800)는 저장부(600)에 저장되거나 감지부(700)로 감지한 이전 차수의 데이터를 불러오고, 수학식 18 및 수학식 19를 통해 추정한 상저항에 기초하여 현재 차수의 d축 인덕턴스를 추정할 수 있다.

수학식 23은 q축 구동 시험 전류가 공급된 경우의 q축 전압 방정식이다.

이 경우, 제어부(800)는 상저항 추정과 같이 RLS 알고리즘으로 q축 인덕턴스를 추정할 수 있다.

여기서, 제어부(800)는 저장부(600)에 저장되거나 감지부(700)로 감지한 이전 차수의 데이터를 불러오고, 수학식 18 내지 수학식 22를 통해 추정한 상저항, 역기전력 상수 및 d축 인덕턴스에 기초하여 현재 차수의 q축 인덕턴스를 추정할 수 있다.

이하, 도 14 내지 도 17을 참조하여 기동 추정 및 구동 추정으로 추정한 파라미터의 결과를 살펴보도록 한다.

도 14는 추정된 상저항과 실재 상저항에 대한 그래프이고, 도 15는 추정된 역기전력 상수와 실재 역기전력 상수에 대한 그래프이고, 도 16은 추정된 d축 인덕턴스와 실재 d축 인덕턴스에 대한 그래프이고, 도 17은 추정된 q축 인덕턴스와 실재 q축 인덕턴스에 대한 그래프이다.

이상에서 설명한 모터(100)의 회전 속도에 따라 적어도 4개의 구간으로 분할하여 기동 추정 및 구동 추정한 파라미터는 도 14 내지 도 17과 같이 추정을 시작한 시점에는 오차가 발생하나, 추정이 누적될수록 실재 파라미터에 가까워짐을 알 수 있다.

이상에서는 모터의 파라미터를 추정하는 구성 및 원리에 대해서 설명하였다. 이하, 도 18 내지 도 22를 참조하여 파라미터를 추정하는 시계열적인 순서에 대해서 설명하도록 한다.

도 18은 일 실시예에 따라 모터 구동 장치에서 파라미터를 추정하는 방법의 플로우 차트이다.

우선, 제어부는 인버터가 미리 설정된 시간 동안 d축 시험 전류 및 q축 시험 전류가 독립적으로 공급(S 10)되도록 제어한다.

그리고, 제어부는 감지부에서 감지한 데이터 또는 저장부에 저장된 이전의 추정 데이터 등에 기초하여 d축 시험 전류 및 q축 시험 전류가 공급되지 않는 구간에서의 상저항 및 역기전력 상수를 추정(S 20)한다.

또한, 제어부는 감지부에서 감지한 데이터 또는 저장부에 저장된 이전의 추정 데이터 등에 기초하여 d축 시험 전류가 공급된 구간에서 d축 인덕턴스를 추정(S 30)하고, q축 시험 전류가 공급된 구간에서 q축 인덕턴스를 추정(S 40)한다.

마지막으로, 제어부는 데드 타임 보상이 용이하도록 구동 전류가 계단형의 합성 구형파가 되도록 구동 전류를 공급(S 40)하고, 구동 전류의 극성에 기초하여 인버터의 데드 타임을 보상(S 50)한다.

도 19은 다른 실시예에 따라 모터 구동 장치에서 파라미터를 추정하는 개략적인 방법의 플로우 차트이다.

우선, 제어부는 제 1 기동 추정으로 상저항, d축 인덕턴스 및 q축 인덕턴스를 추정(S 100)한다. 이에 대한 구체적인 설명은 도 20을 참조하여 설명하도록 한다.

그리고, 제어부는 제 2 기동 추정으로 역기전력 상수를 추정(S 200)하고, 기동 추정으로 추정된 파라미터와 미리 저장된 파라미터로 모터를 구동 운전(S 300)한다. 이에 대한 구체적인 설명은 도 21을 참조하여 설명하도록 한다.

마지막으로, 제어부는 모터의 토크가 미리 설정된 구동 토크 이하인 경우 파라미터를 추정 및 데드 타임을 보상을 고려(S 400)하고, 모터의 토크가 미리 설정된 구동 토크를 초과하는 경우 데드 타임의 보상을 고려하지 않고 파라미터를 추정(S 405)한다. 이에 대한 구체적인 설명은 도 22을 참조하여 설명하도록 한다.

도 20은 제 1 실시예에 따라 모터 구동 장치에서 파라미터를 추정하는 개략적인 방법의 플로우 차트이다.

우선, 제어부는 d축 고주파 시험 전압 및 q축 고주파 시험 전압을 공급하여 d축 전압 및 q축 전압에 대한 2개의 전압 방정식을 생성(S 110)하고, 생성한 2개의 전압 방정식으로 d축 인덕턴스, q축 인덕턴스 및 예비 상저항을 추정(S 120)한다.

그리고, 제어부는 추정된 예비 상저항, d축 인덕턴스 및 q축 인덕턴스로 전류 제어기를 구성(S 130)하여, 제 1 d축 직류 시험 전류 및 제 2 d축 직류 시험 전원을 생성한다. 그리고, 제어부는 생성한 제 1 d축 직류 시험 전류 및 제 2 d축 직류 시험 전원을 공급하여 2개의 전압 방정식을 생성(S 140)한다.

또한, 제어부는 생성된 2개의 전압 방성식을 정리하여 생성된 전압 방정식의 인버터의 비선형성에 대한 변수인 Voffset을 제거하여 상저항을 추정(S 150)한다.

그리고, 제어부는 제 2 기동 추정으로 역기전력 상수를 추정(S 200)하고, 기동 추정으로 추정된 파라미터와 미리 저장된 파라미터로 모터를 구동 운전(S 300)한다. 마지막으로, 제어부는 모터의 토크가 미리 설정된 구동 토크 이하인 경우 파라미터를 추정 및 데드 타임을 보상을 고려(S 400)하고, 모터의 토크가 미리 설정된 구동 토크를 초과하는 경우 데드 타임의 보상을 고려하지 않고 파라미터를 추정(S 405)한다.

도 21은 제 2 실시예에 따라 모터 구동 장치에서 파라미터를 추정하는 개략적인 방법의 플로우 차트이다.

우선, 제어부는 제 1 기동 추정으로 상저항, d축 인덕턴스 및 q축 인덕턴스를 추정(S 100)한다.

그리고, 제어부는 d축 전류는 영전류로 제어하고 q축 전류는 미리 설정된 전류값을 공급하도록 제어하여 모터의 회전 속도가 미리 설정된 기동 속도로 유지되도록 토크를 제어(S 210)한다.

또한, 제어부는 모터가 회전 상태에서의 자속인 정지 좌표계에서의 d축 자속 및 q축 자속을 산출해 역기전력 상수를 추정(S 220)하고, 제어부는 추정된 역기전력 상수 및 미리 저장된 모터 관성과 극수로 속도 제어기를 구성(S310)한다. 또한, 제어부는 추정된 상저항, d축 인덕턴스 및 q축 인덕턴스로 전류 제어기를 구성(S 320)한다.

마지막으로, 제어부는 모터의 토크가 미리 설정된 구동 토크 이하인 경우 파라미터를 추정 및 데드 타임을 보상을 고려(S 400)하고, 모터의 토크가 미리 설정된 구동 토크를 초과하는 경우 데드 타임의 보상을 고려하지 않고 파라미터를 추정(S 405)한다.

도 22는 제 3 실시예에 따라 모터 구동 장치에서 파라미터를 추정하는 개략적인 방법의 플로우 차트이다.

우선, 제어부는 제 1 기동 추정으로 상저항, d축 인덕턴스 및 q축 인덕턴스를 추정(S 100)한다. 그리고, 제어부는 제 2 기동 추정으로 역기전력 상수를 추정(S 200)하고, 기동 추정으로 추정된 파라미터와 미리 저장된 파라미터로 모터를 구동 운전(S 300)한다.

제어부는 인버터가 미리 설정된 시간 동안 d축 시험 전류 및 q축 시험 전류가 독립적으로 공급(S 410)되도록 제어한다.

그리고, 제어부는 감지부에서 감지한 데이터 또는 저장부에 저장된 이전의 추정 데이터 등에 기초하여 d축 시험 전류 및 q축 시험 전류가 공급되지 않는 구간에서의 상저항 및 역기전력 상수를 추정(S 420)한다.

또한, 제어부는 감지부에서 감지한 데이터 또는 저장부에 저장된 이전의 추정 데이터 등에 기초하여 d축 시험 전류가 공급된 구간에서 d축 인덕턴스를 추정(S 430)하고, q축 시험 전류가 공급된 구간에서 q축 인덕턴스를 추정(S 440)한다.

그리고, 감지부는 모터의 토크를 감지(S 450)하여 제어부에 전달하고, 제어부는 감지된 토크가 미리 설정된 구동 토크보다 작은지 여부를 판단(S 460)한다.

만약, 감지된 토크가 미리 설정된 구동 토크보다 작지 않으면, 데드 타임 보상을 고려하지 않고 현재 차수의 파라미터 추정을 종료한다.

그러나, 감지된 토크가 미리 설정된 구동 토크보다 작으면, 제어부는 데드 타임 보상이 용이하도록 구동 전류가 계단형의 합성 구형파가 되도록 구동 전류를 공급(S 470)하고, 구동 전류의 극성에 기초하여 인버터의 데드 타임을 보상(S 480)한다.

상기의 설명은 기술적 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명의 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 수정, 변경 및 치환이 가능할 것이다. 따라서, 상기에 개시된 실시예 및 첨부된 도면들은 기술적 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예 및 첨부된 도면에 의하여 기술적 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 그 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술적 사상은 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

1: 모터 구동 장치
100 : 모터
200 : 로터
300 : 스테이터
400 : 구동부
450 : 인버터
500 : 전원부
550 : 표시부
560 : 입력부
600 : 저장부
610 : 파라미터 데이터
620 : 이전 추정 파라미터
630 : 고정 파라미터
700 : 감지부
800 : 제어부
810 : 메인 제어부
820 : 구동 제어부
821 : 속도 연산기
822 : 제 1 좌표계 변환기
823 : 속도 제어기
824 : 전류 제어기
825 : 제 2 좌표계 변환기
826 : 펄스폭 변조기

Claims

영구 자석을 포함하는 로터와, 스테이터를 포함하는 모터;
모터에 구동 전원을 공급하는 인버터; 및
미리 정해진 시간 동안 d축 시험 전류 및 q축 시험 전류를 공급하여 파라미터를 추정하고, 계단형의 합성 구형파를 구동 전류로 공급하여 상기 구동 전류의 극성에 기초하여 데드 타임을 보상하는 제어부;
를 포함하되,
상기 제어부는 톱니파 형태의 지령 전류를 통해 상기 구동 전류가 계단형의 합성 구형파가 되도록 상기 인버터를 제어하는 모터 구동 장치.
삭제
제1항에 있어서,
상기 제어부는 상기 로터의 위치에 기초하여 상기 톱니파 형태의 지령 전류를 생성하는 모터 구동 장치.
제1항에 있어서,
상기 제어부는 상기 d축 시험 전류 및 상기 q축 시험 전류가 공급되는 시간이 겹치지 않도록 상기 인버터를 제어하는 모터 구동 장치.
제1항에 있어서,
상기 제어부에서 추정하는 파라미터는 상저항, 역기전력 상수, d축 인덕턴스 및 q축 인덕턴스인 모터 구동 장치.
제1항에 있어서,
상기 제어부는 상기 로터의 토크가 미리 설정된 구동 토크 이상인 경우 상기 구동 전류가 계단형의 합성 구형파가 되도록 상기 인버터를 제어하지 않는 모터 구동 장치.
제1항에 있어서,
상기 제어부는 로터가 정지하고 있는 경우 기동 추정을 통해 파라미터를 추정하는 모터 구동 장치.
영구 자석을 포함하는 로터와, 스테이터를 포함하는 모터;
모터에 구동 전원을 공급하는 인버터; 및
상기 로터의 회전 속도가 미리 설정된 기동 속도 미만인 경우 기동 추정을 통해 파라미터를 추정하고, 상기 로터의 회전 속도가 미리 설정된 기동 속도 이상이고 상기 로터의 토크가 미리 설정된 구동 토크 이하인 경우에는 데드 타임을 보상하면서 구동 추정을 통해 파라미터를 추정하고, 상기 로터의 회전 속도가 미리 설정된 기동 속도 이상이고 상기 로터의 토크가 미리 설정된 구동 토크를 초과하는 경우에는 데드 타임 보상 없이 구동 추정을 통해 파라미터를 추정하는 제어부;
를 포함하는 모터 구동 장치.
제8항에 있어서,
상기 제어부의 기동 추정은 상기 제어부가 d축 고주파 시험 전압 및 q축 고주파 시험 전압을 공급하도록 상기 인버터를 제어하여 d축 인덕턴스, q축 인덕턴스 및 예비 상저항을 추정하는 모터 구동 장치.
제9항에 있어서,
상기 제어부의 기동 추정은 상기 제어부가 제 1 d축 직류 시험 전류 및 제 2 d축 직류 시험 전류를 공급하도록 상기 인버터를 제어하여 상저항을 추정하는 모터 구동 장치.
제8항에 있어서,
상기 제어부의 기동 추정은 상기 제어부가 q축 전류만을 공급하도록 상기 인버터를 제어하여 로터의 회전 속도가 미리 설정된 기동 속도 미만으로 제어하고, 정지 좌표계의 d축 자속 및 q축 자속을 산출하여 역기전력 상수를 추정하는 모터 구동 장치.
◈청구항 12은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.◈

제8항에 있어서,
상기 제어부의 구동 추정은 상기 제어부가 미리 정해진 시간 동안 d축 시험 전류 및 q축 시험 전류를 공급하도록 상기 인버터를 제어하여 상저항, 역기전력 상수, d축 인덕턴스 및 q축 인덕턴스를 추정하는 모터 구동 장치.
◈청구항 13은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.◈

제8항에 있어서,
상기 제어부의 데드 타임 보상은 상기 제어부가 구동 전류가 계단형의 합성 구형파가 되도록 상기 인버터를 제어하고, 상기 구동 전류의 극성에 기초하여 상기 데드 타임을 보상하는 모터 구동 장치.
◈청구항 14은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.◈

미리 정해진 시간 동안 d축 시험 전류 및 q축 시험 전류를 공급하는 단계;
상기 d축 시험 전류 및 q축 시험 전류가 공급된 시간 및 공급되지 않은 시간의 d축 전류 및 q축 전류에 기초하여 파라미터를 추정하는 단계;
계단형의 합성 구형파를 구동 전류로 공급하는 단계; 및
상기 구동 전류의 극성에 기초하여 데드 타임을 보상하는 단계;
를 포함하되,
상기 구동 전류는 톱니파 형태의 지령 전류를 통해 상기 구동 전류가 계단형의 합성 구형파를 생성하는 모터 구동 장치의 제어 방법.
삭제
◈청구항 16은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.◈

제14항에 있어서,
상기 톱니파 형태의 지령 전류는 로터의 위치에 기초하여 생성되는 모터 구동 장치의 제어 방법.
◈청구항 17은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.◈

제14항에 있어서,
상기 d축 시험 전류 및 상기 q축 시험 전류의 공급은 공급되는 시간이 겹치지 않도록 공급하는 모터 구동 장치의 제어 방법.
◈청구항 18은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.◈

제14항에 있어서,
상기 추정하는 파라미터는 상저항, 역기전력 상수, d축 인덕턴스 및 q축 인덕턴스인 모터 구동 장치의 제어 방법.
◈청구항 19은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.◈

제14항에 있어서,
로터의 토크가 미리 설정된 구동 토크 이상인 경우 구동 전류를 계단형의 합성 구형파로 공급 및 데드 타임 보상을 중단하는 단계;
를 더 포함하는 모터 구동 장치의 제어 방법.
◈청구항 20은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.◈

제14항에 있어서,
로터가 정지하고 있는 경우 기동 추정을 통해 파라미터를 추정하는 단계;
를 더 포함하는 모터 구동 장치의 제어 방법.
◈청구항 21은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.◈

로터의 회전 속도가 미리 설정된 기동 속도 미만인 경우 기동 추정을 통해 파라미터를 추정하는 단계;
상기 로터의 회전 속도가 미리 설정된 기동 속도 이상이고 상기 로터의 토크가 미리 설정된 구동 토크 이하인 경우에는 데드 타임을 보상하면서 구동 추정을 통해 파라미터를 추정하는 단계; 및
상기 로터의 회전 속도가 미리 설정된 기동 속도 이상이고 상기 로터의 토크가 미리 설정된 구동 토크를 초과하는 경우에는 데드 타임 보상 없이 구동 추정을 통해 파라미터를 추정하는 단계;
를 포함하는 모터 구동 장치의 제어 방법.
◈청구항 22은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.◈

제21항에 있어서,
상기 기동 추정은 d축 고주파 시험 전압 및 q축 고주파 시험 전압을 공급하여 d축 인덕턴스, q축 인덕턴스 및 예비 상저항을 추정하는 모터 구동 장치의 제어 방법.
◈청구항 23은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.◈

제22항에 있어서,
상기 기동 추정은 제 1 d축 직류 시험 전류 및 제 2 d축 직류 시험 전류를 공급하여 상저항을 추정하는 모터 구동 장치의 제어 방법.
◈청구항 24은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.◈

제21항에 있어서,
상기 기동 추정은 q축 전류만을 공급하여 로터의 회전 속도가 미리 설정된 기동 속도 미만이 되도록 유지하고, 정지 좌표계의 d축 자속 및 q축 자속을 산출하여 역기전력 상수를 추정하는 모터 구동 장치의 제어 방법.
◈청구항 25은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.◈

제21항에 있어서,
상기 구동 추정은 미리 정해진 시간 동안 d축 시험 전류 및 q축 시험 전류를 공급하여 상저항, 역기전력 상수, d축 인덕턴스 및 q축 인덕턴스를 추정하는 모터 구동 장치의 제어 방법.
◈청구항 26은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.◈

제21항에 있어서,
상기 데드 타임 보상은 계단형의 합성 구형파를 구동 전류로 공급하고, 상기 구동 전류의 극성에 기초하여 상기 데드 타임을 보상하는 모터 구동 장치의 제어 방법.